约翰克兰机械密封运行可靠性及失效素材PPT课件
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机械可靠性工程课件
12
1.4 可靠性定义及其特征量
1.4.1 可靠性的定义 1.4.2 失效（故障）及其分类 1.4.3 可靠性的特征量
13
1.4.1 可靠性的定义
❖ 产品在规定的条件下和规定的时间内完成 规定功能的能力
– 产品：零件、部件、设备、系统、… – 规定条件：使用、环境、操作、维护、 … – 规定时间：工作期限 – 规定功能：功能指标、失效定义 – 能力：水平，用概率表示
– 可靠性研究工作从电子产品扩展到机械产品，从 军工产品扩展到民用产品。
➢1952年，美国军事工业部门和有关部门成立AGREE （ Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment，国防部电子设备可靠性顾问团），研究 电子产品的设计、制造、试验、储备、运输及使用。
❖中国：80年代起
6
可靠性发展的三个阶段
❖初期发展阶段
–早期的可靠性研究，重点放在故障占大半的 电子管方面。多用于军工产品。
➢1939年，英国航空委员会《适航性统计学注释》， 首次提出飞机故障率≤0.00001次/ h，相当于一 小时内飞机的可靠度Rs=0.99999，这是最早的飞 机安全性和可靠性定量指标。
机械可靠性工程
1
1 绪论
1.1 研究可靠性的重要意义 1.2 机械可靠性学科发展历史回顾 1.3 可靠性学科研究的范畴 1.4 可靠性定义及其特征量 1.5 可靠性中常用的概率分布
2
习题
1.1 研究可靠性的重要意义
❖ 现代质量观念与现代系统设计思想提出 的新的要求；
❖ 科技发展的必然要求； ❖ 经济性的要求。（维修性）
例1-3
23
1.4.3 可靠性的特征量（2）
1.4 可靠性定义及其特征量
1.4.1 可靠性的定义 1.4.2 失效（故障）及其分类 1.4.3 可靠性的特征量
13
1.4.1 可靠性的定义
❖ 产品在规定的条件下和规定的时间内完成 规定功能的能力
– 产品：零件、部件、设备、系统、… – 规定条件：使用、环境、操作、维护、 … – 规定时间：工作期限 – 规定功能：功能指标、失效定义 – 能力：水平，用概率表示
– 可靠性研究工作从电子产品扩展到机械产品，从 军工产品扩展到民用产品。
➢1952年，美国军事工业部门和有关部门成立AGREE （ Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment，国防部电子设备可靠性顾问团），研究 电子产品的设计、制造、试验、储备、运输及使用。
❖中国：80年代起
6
可靠性发展的三个阶段
❖初期发展阶段
–早期的可靠性研究，重点放在故障占大半的 电子管方面。多用于军工产品。
➢1939年，英国航空委员会《适航性统计学注释》， 首次提出飞机故障率≤0.00001次/ h，相当于一 小时内飞机的可靠度Rs=0.99999，这是最早的飞 机安全性和可靠性定量指标。
机械可靠性工程
1
1 绪论
1.1 研究可靠性的重要意义 1.2 机械可靠性学科发展历史回顾 1.3 可靠性学科研究的范畴 1.4 可靠性定义及其特征量 1.5 可靠性中常用的概率分布
2
习题
1.1 研究可靠性的重要意义
❖ 现代质量观念与现代系统设计思想提出 的新的要求；
❖ 科技发展的必然要求； ❖ 经济性的要求。（维修性）
例1-3
23
1.4.3 可靠性的特征量（2）
01机械密封基本原理
机械密封有关术语介绍
• • • • • • • • • • •
内装与外装 内流与外流 摩擦与磨损 推进型与非推进型 端面比压 平衡型与非平衡型 PV值 温度与热变型 能耗 承载压力与速度 泄漏
机械密封有关术语介绍
Single Seal Arrangement
Inside Mounted
Process Fluid
Higher pressure on outside diameter更高的压力作用在外径上 Higher pressure holds faces closed更高的压力使接触面闭合 Fluid is forced between faces to lubricate液体挤压在接触面间形成润滑 Springs keep faces closed when no pressure 当没有压力时弹簧保持接触面闭合
The seal faces are lapped very flat ( 1 to 2 lightbands). The seal faces are lapped very flat ( 1 to 2 lightbands). A very thin fluid film ( 3 to 5 microns) is formed and A very thin fluid film ( 3 to 5 microns) is formed and served the following purposes: served the following purposes: to separate the two sliding faces to separate the two sliding faces to lubricate the sliding faces to lubricate friction // heat generation to reduce friction heat generation to prevent fluid leakage to the atmosphere to prevent fluid leakage to the atmosphere
机械密封课件全解
1）抽空、气蚀或较长时间憋压，导致密封破 坏； 2）对泵实际输出量偏小，大量介质泵内循环， 热量积聚，引起介质气化，导致密封失效； 3）回流量偏大，导致吸人管侧容器(塔、釜、 罐、池)底部沉渣泛起，损坏密封； 4）对较长时间停运，重新起动时没有手动盘车 ，摩擦副因粘连而扯坏密封面； 5）介质中腐蚀性、聚合性、结胶性物质增多； 6）环境温度急剧变化； 7）工况频繁变化或调整； 8）忽然停电或故障停机等。离心泵在正常运转 中忽然泄漏，如不能及时发现，往往会酿成较大 事故或损失，须予以重视并采取有效措施。
机封的弹性元件
4）集装式机械密封
所谓集装式机械密封就是通过密封自带轴套和端盖 将单（双）端面机械密封组合在一起，为整体安装形 式。将其安装到泵上后，不做任何调整（包括弹簧的 压缩量），只需固定轴套和压盖再把剖分式卡环（见 下图中的A）取下，即可投入使用。集装式机械密封在 设计上还有一个特点：卡环的（轴向）宽度就等于弹 簧的压缩量，因此，从外部就可以知道该值的大小。
5）其他分类
按密封腔温度分 t＞150℃ 80＜t≤150℃ -20≤t≤80℃ t＜-20℃ 按密封腔压力分 p＞15MPa 3＜p≤15MPa 1＜p≤3MPa 常压≤p≤1MPa 负压
高温机械密封 中温机械密封 普温机械密封 低温机械密封 超高压机械密封 高压机械密封 中压机械密封 低压机械密封 真空机械密封
3、弹性元件材料
1）弹簧材料 对弹簧材料的要求是：弹性好，耐介质 腐蚀。常用弹簧材料有不锈弹簧钢(1Cr18Ni9Ti等)、铬钢 (3Cr13、4Cr13等)、碳索弹簧钢(60si2Mn等)和磷青铜。 2）波纹管材料 对波纹管材料的要求是：良好的焊接 性能、较大的弹性、一定的耐腐蚀性。常用的波纹管材料 有铁基、铜基和镍基合金以及钛材等，一般以钛基中的镍 铬奥氏体带材为主，尤以1Cr18Ni12Mo2Ti用得最多。高 镍弹性合金被认为是制作波纹管较理想的材料，含铝的材 料用一般焊接技术时会遇到困难。目前国外用得最多的波 纹管材料有AM350（近似Cr16Ni45MnMo3N ）属于固溶 体、低强度、低硬度、高延伸率。
机械可靠性设计 PPT课件
产品或设备的故障都会影响生产和造成巨大经济 损失。特别是大型流程企业，有时因一台关键设备的故 障导致工厂停产，其损失都是每天几十万元甚至几百万 元。因此，从经济效益的来看，研究可靠性是很有意义 的。
研究与提高产品的可靠性是要付出一定代价的。从 生产角度看，要增加产品的研制和生产的成本。但是， 从使用角度看，由于产品可靠性提高了，就大大减少了 使用费和维修费，同时还减少了产品寿命周期的成本。 所以，从总体上看，研究可靠性是有经济效益的。
17
可靠性活动存在于产品的整个寿命期内，大体分为以下几 个阶段:
①可靠性设计阶段 ②工程开发阶段 ③批生产阶段 ④使用阶段 在产品整个寿命期内可靠性工程的活动有两个并行的过程： 一是工程技术过程
二是可靠性管理
总之，可靠性活动贯穿于产品的全寿命过程中， 设计、生产、管理三者不可偏废。
18
§2机械可靠性学科的必要性
25
1
如果用A表示产品处于工作状态，用A表示产品处 于失效状态，则该产品的两种状态关系可以表示为：
A A 0
A A 1
(1-1)
假设产品发生失效的概率为P(A)，则不发生失效的概 率为1—P(A)，即：
P( A) 1 P( A) (1-2)
26 1
在前面讨论中我们知道，产品有两类，一类是不可修产品，
它是以提高产品质量为核心，以概率论、数理统 计理论为基础，综合应用工程力学、机械工程学、系 统工程学、人类因数工程学、运筹学等多方面知识来 研究机械工程最佳设计问题。
可靠性设计是指，一项工程或产品在规定的时间 内、在规定的条件下完成规定功能的能力。
可靠性设计是与常规设计不同的设计方法，它是 将设计变量看作随机变量，将可靠度作为设计目标之 一，应用可靠性理论对零部件、系统或工程进行设计。
研究与提高产品的可靠性是要付出一定代价的。从 生产角度看，要增加产品的研制和生产的成本。但是， 从使用角度看，由于产品可靠性提高了，就大大减少了 使用费和维修费，同时还减少了产品寿命周期的成本。 所以，从总体上看，研究可靠性是有经济效益的。
17
可靠性活动存在于产品的整个寿命期内，大体分为以下几 个阶段:
①可靠性设计阶段 ②工程开发阶段 ③批生产阶段 ④使用阶段 在产品整个寿命期内可靠性工程的活动有两个并行的过程： 一是工程技术过程
二是可靠性管理
总之，可靠性活动贯穿于产品的全寿命过程中， 设计、生产、管理三者不可偏废。
18
§2机械可靠性学科的必要性
25
1
如果用A表示产品处于工作状态，用A表示产品处 于失效状态，则该产品的两种状态关系可以表示为：
A A 0
A A 1
(1-1)
假设产品发生失效的概率为P(A)，则不发生失效的概 率为1—P(A)，即：
P( A) 1 P( A) (1-2)
26 1
在前面讨论中我们知道，产品有两类，一类是不可修产品，
它是以提高产品质量为核心，以概率论、数理统 计理论为基础，综合应用工程力学、机械工程学、系 统工程学、人类因数工程学、运筹学等多方面知识来 研究机械工程最佳设计问题。
可靠性设计是指，一项工程或产品在规定的时间 内、在规定的条件下完成规定功能的能力。
可靠性设计是与常规设计不同的设计方法，它是 将设计变量看作随机变量，将可靠度作为设计目标之 一，应用可靠性理论对零部件、系统或工程进行设计。
机械密封技术教学课件
（1）内流式：泄漏方向朝向轴心。（一般密封都采用这 种结构）
（2）外流式：泄漏方向朝向离心力方向。（泄漏量大， 只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中用）
（九）多弹簧和单弹簧机械密封
（1）多弹簧：（又叫小弹簧，轴向尺寸小，轴向弹力均
匀）宜用于高速，不宜用于腐蚀性介质。
（2）单弹簧：（又叫大弹簧，轴向尺寸大，轴向弹力不
2020/11/18
机械密封技术教学课件
二、机械密封的基本零件
（一）对摩擦副密封环的要求
摩擦副密封环是机械密封的主要元件，它在很大程度 上决定了机械密封的性能和寿命。因此，对它有一些基本 要求。
（1）足够的强度和刚度 保证在工作条件（如压力，温度，滑动速度等）下不损坏，变形小，
工作条件波动时影响小。 （2）端面有足够的硬度、耐腐蚀性能确保使用寿命。 （3）耐热冲击力 高的导热系数，低的线膨胀系数。 （4）较小的摩擦系数，良好的自润滑性，材料与介质有很好的浸润性
（3）选导热性良好材料作动环。
以利散热，降低端面温度。
（4）环的壁厚不可太薄，以保证整体强度、刚度，也利散 热（导热欠佳的材料，可薄一些）。
（5）动环和轴（轴套）间隙A11（0·4~0·6）以利补偿
静环和轴（轴套）间隙1~3mm以免摩擦
2020/11/18
机械密封技术教学课件
（三） 密封端面宽度
（1）主要决定窄环（软环）宽度，宽环外径—窄环外径 ≥0.5，宽环内径≤窄环内径－0.5；
2020/11/18
机械密封技术教学课件
七、石化行业典型泵的密封
（一）石化行业高温泵（热油泵）密封分析 （二）轻烃泵密封分析 （三）低温泵密封分析 （四）高速机械密封
2020/11/18
（2）外流式：泄漏方向朝向离心力方向。（泄漏量大， 只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中用）
（九）多弹簧和单弹簧机械密封
（1）多弹簧：（又叫小弹簧，轴向尺寸小，轴向弹力均
匀）宜用于高速，不宜用于腐蚀性介质。
（2）单弹簧：（又叫大弹簧，轴向尺寸大，轴向弹力不
2020/11/18
机械密封技术教学课件
二、机械密封的基本零件
（一）对摩擦副密封环的要求
摩擦副密封环是机械密封的主要元件，它在很大程度 上决定了机械密封的性能和寿命。因此，对它有一些基本 要求。
（1）足够的强度和刚度 保证在工作条件（如压力，温度，滑动速度等）下不损坏，变形小，
工作条件波动时影响小。 （2）端面有足够的硬度、耐腐蚀性能确保使用寿命。 （3）耐热冲击力 高的导热系数，低的线膨胀系数。 （4）较小的摩擦系数，良好的自润滑性，材料与介质有很好的浸润性
（3）选导热性良好材料作动环。
以利散热，降低端面温度。
（4）环的壁厚不可太薄，以保证整体强度、刚度，也利散 热（导热欠佳的材料，可薄一些）。
（5）动环和轴（轴套）间隙A11（0·4~0·6）以利补偿
静环和轴（轴套）间隙1~3mm以免摩擦
2020/11/18
机械密封技术教学课件
（三） 密封端面宽度
（1）主要决定窄环（软环）宽度，宽环外径—窄环外径 ≥0.5，宽环内径≤窄环内径－0.5；
2020/11/18
机械密封技术教学课件
七、石化行业典型泵的密封
（一）石化行业高温泵（热油泵）密封分析 （二）轻烃泵密封分析 （三）低温泵密封分析 （四）高速机械密封
2020/11/18
机械密封基础知识讲座(课堂PPT)
2020/9/24
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（十一）硬质合金表面灼伤和裂纹 （十二）其它故障简介 （十三）泵抽空密封失效现象 （十四）密封腔中汽蚀，密封失效现象 （十五）密封端面汽化的失效现象 （十六）泵振动过大的失效现象 （十七）没有冲洗的故障现象 （十八）动环选材注意事项
2020/9/24
19
八、补充内容
（一）机械密封标准介绍 （二）机械密封辅助系统 （三）机械密封的安装 （四）磁力密封介绍 （五）高压机械密封研制
2020/9/24
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一、机械密封原理
（一）定义（图1-1）
密封腔
端盖
泄漏点4 泄漏点3
泄漏点2 泄漏点1
图1-1 机械密封基本结构（旋转式）
1—弹簧座 ； 2—紧定螺钉； 3—弹簧； 4– 推环； 5– 补偿环辅助密封圈 ； 6—补偿环； 7—非补偿环； 8– 非补偿环密封圈； 9—防转销
机械密封是一种用于旋转流体机械的轴封装置。（用 于离心泵、离心机、反应釜、压缩机等设备，轴和设备腔 体间存在一个圆周间隙，设备介质从中泄漏，因此必须设 一道阻漏装置。因机械密封具有泄漏少、寿命长等优点， 成为了主要的轴密封方式，又叫端面密封。）
（十一）合成橡胶 （十二）柔性石墨（也称膨胀石墨） （十三）弹性元件材料 （十四）机械密封中基体材料
2020/9/24
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五、机械密封辅助系统
（一）为什么机械密封要采用辅助系统 （二）什么是辅助系统 （三）自冲洗的形式 （四）循环冲洗 （五）注入式冲洗 （六）冲洗液进入密封腔的方式 （七）冲洗量的确定 （八）冲洗量的控制 （九）冲洗压力的确定 （十）密封腔中的压力确定
2020/9/24
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四、机械密封用材料
（一）摩擦副材料要求 （二）制造摩擦副的常用材料 （三）碳石墨 （四）硬质合金WC （五）SiC陶瓷 （六）Al2O3 陶瓷及其它陶瓷介绍 （七）表面堆焊硬质合金 （八）作摩擦副的金属材料 （九）填充聚四氟乙烯 （十）辅助密封圈材料要求
机械可靠性设计方法ppt课件
➢7
可靠性设计与传统设计的区别
可靠性设计
– 载荷、强度、结构、尺寸、工况等都具有变动性和随机 性。
– 将应力和强度视为随机变量 – 用概率和统计方法求解 – 用可靠度表达设计结果
• 传统设计
– 将应力和强度视为一个确定值 – 用安全系数表达设计结果
➢8
机械可靠性设计的目的和方法
可靠性设计目的
420 350 18 2 50 2
1.317
R ZR 1.317 0.9054
• 结论：由于材料强度标准差增加，数据更为分散， 导致零件可靠度从99.7%下降到90.54%
➢27
常用概率分布的可靠度计算公式
➢28
常用概率分布的可靠度计算公式
➢29
安全系数与平均安全系数
• 安全系数 – 强度与应力之比 n
影响强度的因素
材料的机械性能、尺寸、表面质量、工艺方法 ➢25
例：已知某机械零件的工作应力和材料强度均为正态分布，其
工作应力的均值 350 M，P标a准差 s 1而8M材P料a,强度
的均值
，42标0准M差Pa
靠度。若该零件材料的标准差为
。 试 1确8定MP该a零件的可 则其 可50靠M度Pa又为多
– 常规设计中，安全系数S为常数
– 由于强度和应力具有随机性，因此带有盲目性和经验性 一般偏于保守
平均安全系数
强度均值与应力均值的比值
n0
s
不能确切的反映零部件的可靠性，具有一定盲目性
➢30
可靠安全系数
可靠安全系数
最小强度与最大应力之比
nk
min
Smax
强度与应力服从正态分布时，最小强度和最大应力为
把规定的可靠性指标直接设计到产品中去，从而保证产品达到目 标可靠性
可靠性设计与传统设计的区别
可靠性设计
– 载荷、强度、结构、尺寸、工况等都具有变动性和随机 性。
– 将应力和强度视为随机变量 – 用概率和统计方法求解 – 用可靠度表达设计结果
• 传统设计
– 将应力和强度视为一个确定值 – 用安全系数表达设计结果
➢8
机械可靠性设计的目的和方法
可靠性设计目的
420 350 18 2 50 2
1.317
R ZR 1.317 0.9054
• 结论：由于材料强度标准差增加，数据更为分散， 导致零件可靠度从99.7%下降到90.54%
➢27
常用概率分布的可靠度计算公式
➢28
常用概率分布的可靠度计算公式
➢29
安全系数与平均安全系数
• 安全系数 – 强度与应力之比 n
影响强度的因素
材料的机械性能、尺寸、表面质量、工艺方法 ➢25
例：已知某机械零件的工作应力和材料强度均为正态分布，其
工作应力的均值 350 M，P标a准差 s 1而8M材P料a,强度
的均值
，42标0准M差Pa
靠度。若该零件材料的标准差为
。 试 1确8定MP该a零件的可 则其 可50靠M度Pa又为多
– 常规设计中，安全系数S为常数
– 由于强度和应力具有随机性，因此带有盲目性和经验性 一般偏于保守
平均安全系数
强度均值与应力均值的比值
n0
s
不能确切的反映零部件的可靠性，具有一定盲目性
➢30
可靠安全系数
可靠安全系数
最小强度与最大应力之比
nk
min
Smax
强度与应力服从正态分布时，最小强度和最大应力为
把规定的可靠性指标直接设计到产品中去，从而保证产品达到目 标可靠性